手自一体化方向盘集成设计与试验研究
发布时间：2021-04-26 17:51
随着智慧农业概念的提出,传统的农机不具备无人驾驶功能,加上收获季节机手短缺,使得研究农机自动导航驾驶技术变得迫切。电动方向盘作为农机自动导航体系中的执行环节,其操作性与适应性能都会直接影响到导航控制的精度。目前,现有应用于农业机械的电动方向盘存在扭矩小、转向精度低、手动操作与自动驾驶之间无法自行切换等问题,因此,设计一种手自一体化方向盘对于实现农业车辆自主导航具有非常重要的科学意义和实际应用价值。本文主要完成的研究工作如下:基于设计目标提出一种手自一体化方向盘的集成设计方案,完成了传动系统各个工作部件的设计,利用Solidworks软件完成了方向盘的三维设计,并对关键传动零部件进行了校核;构建了由单片机、手自动切换开关、编码器转角检测和步进电机驱动器组成的硬件系统;为了测试方向盘的扭矩转速性能设计了试验台架。为实现方向盘对上位机发送的目标转角的跟踪,设计一种方向盘转角控制算法。通过分析步进电机的数学模型和驱动原理,将PID算法和模糊算法相结合,设计了方向盘转角跟踪模糊PID控制器。同时,在Matlab/Simulink中搭建了步进电机模型、细分驱动模型、转角控制算法模型、执行机构模型,...
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究目的与意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 电机控制转向系统研究现状
1.2.2 电动方向盘研究现状
1.2.3 研究现状总结
1.3 研究的主要内容
1.4 技术路线
1.5 本章小结
第二章 手自一体化方向盘总体设计
2.1 系统设计要求
2.1.1 系统设计原则
2.1.2 系统设计目标
2.2 转向执行机构与控制方案的设计
2.2.1 转向执行机构方案
2.2.2 转向控制方案
2.3 手自一体化方向盘的驱动与传动设计
2.3.1 电机的匹配选型
2.3.2 传动系统的设计
2.3.3 执行机构的安装
2.4 手自一体化方向盘控制系统硬件设计
2.4.1 控制系统硬件选型
2.4.2 主控制器模块
2.4.3 电源模块
2.4.4 角度传感器信号采集模块
2.4.5 上下位机串行通信模块
2.5 模拟加载试验台设计
2.5.1 试验需求与原理分析
2.5.2 试验台器件选型及设计
2.5.3 试验台硬件系统搭建
2.6 本章小结
第三章 手自一体化方向盘控制算法及其仿真研究
3.1 手自一体化方向盘控制的基本原理
3.2 两相混合式步进电机驱动系统
3.2.1 两相混合式步进电机数学模型
3.2.2 步进电机驱动模块
3.3 手自一体化方向盘转角控制算法研究
3.3.1 PID控制的基本原理
3.3.2 模糊控制的基本原理
3.3.3 模糊PID控制器设计
3.4 方向盘控制算法仿真分析
3.4.1 Simulink仿真程序设计
3.4.2 仿真结果与分析
3.5 本章小结
第四章 手自一体化方向盘软件开发与试验研究
4.1 手自一体化方向盘软件开发
4.1.1 软件开发环境及工具
4.1.2 软件设计总体结构
4.1.3 上下位机通信程序的设计
4.1.4 转角数据采集程序设计
4.1.5 主控单元程序设计
4.1.6 步进电机驱动程序设计
4.2 方向盘性能测试试验
4.2.1 扭矩-转速性能试验
4.2.2 转角精度试验
4.2.3 转向闭环试验
4.3 本章小结
第五章 结论与展望
5.1 结论
5.2 展望
致谢
参考文献
读研期间参加的科研项目与研究成果
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]单片机虚拟实验室的构建研究[J]. 刘云朋,王春霞. 科技创新与应用. 2020(07)
[2]基于单片机的室内光线智能调节控制系统设计[J]. 尚坡利,尉双全,马伟博,刘振儒,冯方宇. 兰州工业学院学报. 2019(06)
[3]步进电机细分驱动控制系统设计与实现[J]. 伍艳雄,黄勇,高林,易金桥,孙先波,梁树先,叶建聪. 湖北民族学院学报(自然科学版). 2019(04)
[4]电动方向盘插秧机转向控制系统设计[J]. 何杰,朱金光,罗锡文,张智刚,胡炼,高阳. 农业工程学报. 2019(06)
[5]基于工业现场数据的程控模拟负载的研制[J]. 胡然,谢白松. 中国设备工程. 2018(14)
[6]高速插秧机自动转向系统研制[J]. 印祥,刘岗微,杨腾祥,金诚谦. 农机化研究. 2019(01)
[7]基于IR2103的步进电机全桥驱动电路设计[J]. 申浩锋,高宁波. 微电机. 2016(10)
[8]约翰迪尔AutoTrac自动导航系统通用性应用研究[J]. 靳俊栋,赵祚喜,黄培奎,李叶林,可欣荣. 农业机械学报. 2015(S1)
[9]基于AutoTrac的导航控制参数整定方法试验[J]. 黄培奎,赵祚喜,靳俊栋,李叶林,可欣荣,张智刚,施垒. 农业工程学报. 2015(S2)
[10]基于MATLAB/Simulink的二相混合式步进电机的建模与仿真[J]. 崔徐佳,高守玮,余盈宽. 工业控制计算机. 2015(06)
硕士论文
[1]圆捆机草捆密度实时监测系统设计与试验[D]. 刘超.江苏大学 2017
[2]插秧机自动导航控制系统的设计与研究[D]. 王宇.浙江理工大学 2017
[3]拖拉机自动转向控制系统的研究与优化[D]. 张长龙.石河子大学 2016
[4]智能仓储堆垛叉车自动转向系统的设计与优化[D]. 郭晓克.华南农业大学 2016
[5]电机负载性能测试平台及试验研究[D]. 张俊杰.延边大学 2016
[6]基于STM32的模糊PID温度控制系统[D]. 温茹涵.青岛大学 2015
[7]两相混合式步进电机矢量控制和位置伺服算法研究[D]. 李信锋.深圳大学 2015
[8]基于Simulink的步进电机控制系统仿真[D]. 周一飞.西南交通大学 2014
[9]基于激光循迹与PLC控制的自动导引车控制系统研究[D]. 毕超.石家庄铁道大学 2014
[10]大型客机驾驶舱机组行为监测系统设计[D]. 夏寅昕.上海交通大学 2011
本文编号：3161846
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究目的与意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 电机控制转向系统研究现状
1.2.2 电动方向盘研究现状
1.2.3 研究现状总结
1.3 研究的主要内容
1.4 技术路线
1.5 本章小结
第二章 手自一体化方向盘总体设计
2.1 系统设计要求
2.1.1 系统设计原则
2.1.2 系统设计目标
2.2 转向执行机构与控制方案的设计
2.2.1 转向执行机构方案
2.2.2 转向控制方案
2.3 手自一体化方向盘的驱动与传动设计
2.3.1 电机的匹配选型
2.3.2 传动系统的设计
2.3.3 执行机构的安装
2.4 手自一体化方向盘控制系统硬件设计
2.4.1 控制系统硬件选型
2.4.2 主控制器模块
2.4.3 电源模块
2.4.4 角度传感器信号采集模块
2.4.5 上下位机串行通信模块
2.5 模拟加载试验台设计
2.5.1 试验需求与原理分析
2.5.2 试验台器件选型及设计
2.5.3 试验台硬件系统搭建
2.6 本章小结
第三章 手自一体化方向盘控制算法及其仿真研究
3.1 手自一体化方向盘控制的基本原理
3.2 两相混合式步进电机驱动系统
3.2.1 两相混合式步进电机数学模型
3.2.2 步进电机驱动模块
3.3 手自一体化方向盘转角控制算法研究
3.3.1 PID控制的基本原理
3.3.2 模糊控制的基本原理
3.3.3 模糊PID控制器设计
3.4 方向盘控制算法仿真分析
3.4.1 Simulink仿真程序设计
3.4.2 仿真结果与分析
3.5 本章小结
第四章 手自一体化方向盘软件开发与试验研究
4.1 手自一体化方向盘软件开发
4.1.1 软件开发环境及工具
4.1.2 软件设计总体结构
4.1.3 上下位机通信程序的设计
4.1.4 转角数据采集程序设计
4.1.5 主控单元程序设计
4.1.6 步进电机驱动程序设计
4.2 方向盘性能测试试验
4.2.1 扭矩-转速性能试验
4.2.2 转角精度试验
4.2.3 转向闭环试验
4.3 本章小结
第五章 结论与展望
5.1 结论
5.2 展望
致谢
参考文献
读研期间参加的科研项目与研究成果
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]单片机虚拟实验室的构建研究[J]. 刘云朋,王春霞. 科技创新与应用. 2020(07)
[2]基于单片机的室内光线智能调节控制系统设计[J]. 尚坡利,尉双全,马伟博,刘振儒,冯方宇. 兰州工业学院学报. 2019(06)
[3]步进电机细分驱动控制系统设计与实现[J]. 伍艳雄,黄勇,高林,易金桥,孙先波,梁树先,叶建聪. 湖北民族学院学报(自然科学版). 2019(04)
[4]电动方向盘插秧机转向控制系统设计[J]. 何杰,朱金光,罗锡文,张智刚,胡炼,高阳. 农业工程学报. 2019(06)
[5]基于工业现场数据的程控模拟负载的研制[J]. 胡然,谢白松. 中国设备工程. 2018(14)
[6]高速插秧机自动转向系统研制[J]. 印祥,刘岗微,杨腾祥,金诚谦. 农机化研究. 2019(01)
[7]基于IR2103的步进电机全桥驱动电路设计[J]. 申浩锋,高宁波. 微电机. 2016(10)
[8]约翰迪尔AutoTrac自动导航系统通用性应用研究[J]. 靳俊栋,赵祚喜,黄培奎,李叶林,可欣荣. 农业机械学报. 2015(S1)
[9]基于AutoTrac的导航控制参数整定方法试验[J]. 黄培奎,赵祚喜,靳俊栋,李叶林,可欣荣,张智刚,施垒. 农业工程学报. 2015(S2)
[10]基于MATLAB/Simulink的二相混合式步进电机的建模与仿真[J]. 崔徐佳,高守玮,余盈宽. 工业控制计算机. 2015(06)
硕士论文
[1]圆捆机草捆密度实时监测系统设计与试验[D]. 刘超.江苏大学 2017
[2]插秧机自动导航控制系统的设计与研究[D]. 王宇.浙江理工大学 2017
[3]拖拉机自动转向控制系统的研究与优化[D]. 张长龙.石河子大学 2016
[4]智能仓储堆垛叉车自动转向系统的设计与优化[D]. 郭晓克.华南农业大学 2016
[5]电机负载性能测试平台及试验研究[D]. 张俊杰.延边大学 2016
[6]基于STM32的模糊PID温度控制系统[D]. 温茹涵.青岛大学 2015
[7]两相混合式步进电机矢量控制和位置伺服算法研究[D]. 李信锋.深圳大学 2015
[8]基于Simulink的步进电机控制系统仿真[D]. 周一飞.西南交通大学 2014
[9]基于激光循迹与PLC控制的自动导引车控制系统研究[D]. 毕超.石家庄铁道大学 2014
[10]大型客机驾驶舱机组行为监测系统设计[D]. 夏寅昕.上海交通大学 2011
本文编号：3161846
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